环流反应器中固定化酵母乙醇连续发酵研究

制备了一种重化固定化酵母颗粒，可有效防止发酵过程中固定化颗粒上浮，用于气升式内环流反应器，可与器内流体形成良好循环。同时在气升式内环流反应器内对固定化酵母乙醇连续发酵过程进行了研究，得到发酵最优控制条件。通过与其它发酵器对比发现，内环流反应器用于固定化酵母乙醇发酵过程，可大大提高乙醇产率。     

乙醇发酵反应器的研究进展

主要介绍了气升式反应器、固定化细胞反应器及膜生物反应器在乙醇发酵生产酒精的应用,讨论了各反应器的优缺点,探讨了其工业化应用的可能性,最后分析了各反应器设计的发展方向。     

气升式生物反应器中培养液-絮凝细胞颗粒-空气三相系统气含率的研究

首先以惰性离子交换树脂模拟絮凝细胞颗粒,以水模拟低粘度培养液,在有效容积12L的气升式生物反应器中研究了气升管内三相系统的气含率,获得了关联式ε_g=(1-0.825U_t~(-0.0233)d~(0.0134))/(1+U_(sL)/U_g进而以絮凝法固定化酵母酒精发酵过程中的絮凝酵母颗粒一培养液这样的真实物系,对模拟物系研究建立的关联式进行修正,得到ε_g=(1-0.783U_t~(-0.0233)d~(0.0134))/(1+U_(sL)/U_g上述气含率的关联式与反应器环流系统的动量方程式相结合,可以预测反应器中流体力学基本参数.     

气升式生物反应器中培养液-絮凝细胞颗粒-空气三相系统气含率的研究

首先以惰性离子交换树脂模拟絮凝细胞颗粒,以水模拟低粘度培养液,在有效容积12L的气升式生物反应器中研究了气升管内三相系统的气含率,获得了关联式ε_g=(1-0.825U_t~(-0.0233)d~(0.0134))/(1+U_(sL)/U_g进而以絮凝法固定化酵母酒精发酵过程中的絮凝酵母颗粒一培养液这样的真实物系,对模拟物系研究建立的关联式进行修正,得到ε_g=(1-0.783U_t~(-0.0233)d~(0.0134))/(1+U_(sL)/U_g上述气含率的关联式与反应器环流系统的动量方程式相结合,可以预测反应器中流体力学基本参数.     

乙醇气提发酵与载气蒸馏耦合过程实验

提出了乙醇气提发酵与载气蒸馏耦合的新过程. 采用载气循环满足了发酵所要求的较低温度和蒸馏所需的较大汽化量，载气就地带走乙醇从而降低了产物浓度，减小了产物对酵母的抑制.采用内循环气升式反应器和板式蒸馏塔实验验证了该过程的可行性.     

酒精酵母固定化的研究

海藻酸钙固定化酵母球形颗粒经过Al~(3+)处理后,其机械强度提高一倍。用拉西环陶瓷填料作隐蔽及支撑物,海藻酸钙固定化酵母颗粒的机械强度即为拉西环陶瓷填料本身的机械强度,反应器的乙醇生产能力只降低了27％。本文考察了海藻酸钙固定化酵母与聚乙烯醇固定化酵母的连续乙醇发酵行为。     

气升式内环流反应器在红霉素发酵中应用初探

针对需要流加补料的发酵过程 ,设计出分段导流筒气升式内环流反应器。对在该反应器内进行的红霉素发酵过程进行了实验研究 ,从不同角度考察了该反应器用于红霉素发酵生产过程的可能性。     

气升式反应器在发酵工业中的应用研究进展

气升式反应器是一种用于气液两相或气液固三相过程的接触式反应装置,简要综述了气升式反应器在发酵工业中的应用研究进展,按照集成强化的思路开发的气升式膜生物反应器被重点介绍。     

CFD数值模拟用于130m3气升式内环流发酵罐改造

针对130 m3气升式内环流反应器不能满足酵母发酵工艺传质混合要求,以及气含率过高装料系数达不到要求的实际情况,提出在气升式生物反应器上升管中加置内件的改造方案,并采用CFD(computational fluid dynamics)对改造前后的气液传质进行了模拟.模拟结果显示,加置内件可以有效地促进气泡的分散,改善气液两相的混合,强化氧传递过程.改造后,气含率下降,装料系数明显提升,酵母产量得到提升.     

固定化酵母乙醇萃取发酵研究

以十二烷醇为萃取剂，对固定化酵母乙醇萃取发酵进行了研究。探讨了萃取剂对酵母细胞的毒性，以及萃取剂用量、搅拌转速、基质浓度等因素与乙醇萃取发酵的关系，并测定了萃取过程中乙醇的分配系数。为固定化酵母乙醇发酵与溶剂萃取耦合新工艺的开发研究提供了资料。     

同时进行发酵和分离的CO2气提、活性炭吸附乙醇发酵动力学研究（三）固定化

研究了应用固定化酵母同时进行发酵和分离的CO2气提的乙醇间歇发酵和连续发酵。从实验结果发现，无论是间歇还是连续操作，无论是改变稀释率还是改变进口底物浓度，在实验范围内，发酵速率都基本上保持常数，即，固定化酵母发酵时，发醇液中少量游离酵母的影响可以忽略，固定化酵母密度在发酵过程中不会发生很大变化。由此而导出的简化模型可以满意地关联稳态操作时的实验数据，并进而推算动态响应曲线。     

提高发酵过程乙醇分离效率的新型反应器

设计了一种新型的带侧臂循环的气升式反应器,该反应器可以有效地把真空闪蒸发酵和汽提发酵2项技术结合起来。实验结果表明,与单独的汽提和闪蒸过程相比,利用此反应器进行同步汽提闪蒸操作,大大提高了乙醇的移出效率,从而进一步提高了发酵强度。     

中心气升式气固环流反应器中的能耗分布

基于能量平衡,推导出计算中心气升式气固环流反应器中不同区域内气固混合物流动能耗的理论模型,测量了不同区域内固相颗粒速度、气固混合物密度及床层压降,并根据实验数据确定出相应的模型参数,模型计算与实验结果吻合较好. 模型计算表明,中心气升式气固环流反应器内环隙区和气固分离区的能耗分别占反应器总能耗的近40%和30%,颗粒环流受到的阻力主要集中在这2个区域;而导流筒区及分布器影响区能耗较小,共占总能耗的近30%. 随导流筒区表观气速增加,环隙区能耗占总能耗的比重减小,气固分离区能耗所占比重增大,导流筒区和分布器影响区能耗基本保持不变. 气体分布器的安装位置对反应器内能量消耗的分布影响较大,中心气升式气固环流反应器内流动阻力更小.     

环隙气升式气固环流反应器内颗粒速度特性

针对中心气升式气固环流反应器在工业化中暴露出来的问题,提出了一种新型的环隙气升式气固环流反应器,并建立了一套大型的冷态实验装置（装置总高4．56m,环流反应器筒体外径300mm）来考察环隙气升式气固环流反应器内颗粒速度特性。操作条件为环隙区表观气速0.10-0.54m／s,导流筒区表观气速0.059-0.200m／s。分别测量了环流反应器环流段内颗粒的密度和速度,基于实验数据对催化剂颗粒的运动速度和环流推动力进行系统分析。结果表明,环隙区颗粒分布形式为“中心稀两边浓”;环隙气升式气固环流反应器内,颗粒环流速度随着环隙区表观气速的增大而增大,而环流速度梯度逐步减小。随着导流筒高径比H／D的增大,环隙气升式气固环流反应器的环流推动力增大而颗粒环流速度减小。     

一种改进型外环流气升式反应器及其应用的初步研究

一种改进型外环流气升式反应器,将其应用于从酒精到醋酸一步发酵。通过与普通气升式反应器酒精发酵结果的比较,证明了该改进型气升式反应器在厌氧发酵领域推广应用的可能性。并在此基础上提出进一步改进展望,使其可应用于酒精发酵分离耦合的研究以及作为光生物反应器进行藻类的培养。     

固定化酵母连续发酵生产白葡萄酒的研究

本文提出了能显著改善颗粒机械强度的两种海藻酸钙铝固定比酵母1450制备方法。实验表明,固定化酵母活力回收几乎为100％,颗粒不存在内外扩散阻力影响,用高浓度固定化酵母可快速连续发酵白葡萄汁。本文提出了酵母1450乙醇发酵动力学方程 dP/X·dt=u′(8.68×10~(-3)θ~2-0.343θ+4.15)e~(-0.56[p-8])及酵母1:450乙醇中毒方程 dP/X·dt=u′e~(-0.10p′)分析了海藻酸钙铝凝胶破坏机理,并建议白葡萄汁在连续发酵前进行预处理。提出了两级串联列管式固定床反应器计算公式。     

拟薄水铝石-海藻酸铝固定化酵母生产乙醇

在原位合成拟薄水铝石中加入酵母和海藻酸钠,搅拌并冷冻后制备固定化酵母,以甘蔗废糖蜜生产乙醇。通过复合材料固定化酵母增殖机理发现,固定化酵母数达4.1×109个/mL,批式发酵中14h消耗了90.5%的总糖;40d连续流动中,稀释率为0.100h-1时,最大载体乙醇产率为52.0g/(L.h)。SEM表征表明,该固定化酵母细胞密度高,孔道结构丰富,利于细胞的繁殖生长和物质传送。乙醇发酵过程彻底,速率快,残糖水平低,原料利用率和发酵醪乙醇质量浓度均超过传统工艺。     

气升式反应器流动行为研究Ⅰ——平均气含率的影响

在一个体积为8L（直径96mm，高为1800mm）带导流筒的气升式反应器内，模拟两相（空气－水，空气－水－乙醇）系统和三相（空气－水－玻璃珠，空气－水－乙醇－淀粉）系统，改变给气流量，导流筒直径，乙醇浓度，玻璃珠直径，固含率，淀粉含量、系统渡，以及操作方式考察了以上因素对气升式反应器内平均气含率的影响。     

新型气液双升式动物细胞培养反应器的初步研究

为克服目前动物细胞反应器中存在的不足，本文研究设计了一种新型动物细胞反应器一气液双升式反应器．该反应器具有气升式反应器的所有优点，同时在结构上使气泡和流体自然流动与分离，并使气泡与细胞不直接接触，从而消除了气泡凝聚破裂细胞造成的机械损伤．根据悬浮气泡在流体中的受力平衡原理，提出了通过测定气泡大小来确定液体流速的新方法，用于研究气液双升式反应器的循环流速与表观气速、气体分布器孔径及介质的关系，并确定了培养动物细胞时的通气率和循环流速，该方法简单、有效．用动态法测定了气液双升式反应器的氧传递系数及其…     

振荡流态化现象及应用

研究了轻颗粒振荡流态化现象,通过对颗粒在振荡体中运动方程的求解,得到了单颗粒运动模型及重颗粒克服重力漂浮或者轻颗粒逆浮力下沉的临界参数关系式.用五种粒径、三种不同密度的轻颗粒实验数据及梁百申、邓勇有关重颗粒的数据验证了模型,结果表明实验值与理论值吻合较好.同时,从理论上得到流体在振荡情况下颗粒床层松散的数学表达式,并以实验进行了验证.振荡流态化反应器用于固定化细胞发酵酒精,可解决发酵过程产生的CO_2气体附着在酵母载体表面导致发酵过程操作条件恶化的问题,提高了操作稳定性和发酵反应速度.